Характарыстыка алюмінія. Алюміній: агульная характарыстыка

Кожны хімічны элемент можна разгледзець з пункту гледжання трох навук: фізікі, хіміі і біялогіі. І ў гэтым артыкуле мы паспрабуем як мага дакладней даць характарыстыку алюмінію. Гэта хімічны элемент, які знаходзіцца ў трэцяй групе і трэцім перыядзе, згодна з табліцы Мендзялеева. Алюміній - метал, які валодае сярэдняй хімічнай актыўнасцю. Таксама ў яго злучэннях можна назіраць амфатэрныя ўласцівасці. Атамная маса алюмінія складае дваццаць шэсць грам на моль.

Фізічная характарыстыка алюмінія

Пры нармальных умовах ён уяўляе сабой цвёрдае рэчыва. Формула алюмінія вельмі простая. Ён складаецца з атамаў (не аб'яднаюцца ў малекулы), якія выбудаваныя з дапамогай крышталічнай рашоткі ў суцэльнае рэчыва. Колер алюмінія - серабрыста-белы. Акрамя таго, ён валодае металічным бляскам, як і ўсе іншыя рэчывы дадзенай групы. Колер алюмінія, які выкарыстоўваецца ў прамысловасці, можа быць розным у сувязі з прысутнасцю ў сплаве прымешак. Гэта досыць лёгкі метал. Яго шчыльнасць складае 2,7 г / см3, гэта значыць ён прыблізна ў тры разы лягчэй, чым жалеза. У гэтым ён можа саступіць хіба што магнію, які яшчэ лягчэй разгляданага металу. Цвёрдасць алюмінія даволі нізкая. У ёй ён саступае большасці металаў. Цвёрдасць алюмінія складае ўсяго два па шкале Мооса. Таму для яе ўзмацнення ў сплавы на аснове дадзенага металу дадаюць больш цвёрдыя.

Плаўленне алюмінія адбываецца пры тэмпературы ўсяго ў 660 градусаў па шкале Цэльсія. А закіпае ён пры награванні да тэмпературы 2452 градуса па Цэльсіі. Гэта вельмі пластычны і лёгкаплаўкага метал. На гэтым фізічная характарыстыка алюмінія не сканчаецца. Яшчэ хацелася б адзначыць, што дадзены метал валодае самай лепшай пасля медзі і срэбра электропроводностью.

Распаўсюджанасць ў прыродзе

Алюміній, тэхнічныя характарыстыкі якога мы толькі што разгледзелі, досыць часта сустракаецца ў навакольным асяроддзі. Яго можна назіраць у складзе многіх мінералаў. Элемент алюміній - чацвёрты сярод усіх па распаўсюджанасці ў прыродзе. Яго масавая доля ў зямной кары складае амаль дзевяць працэнтаў. Асноўныя мінералы, у складзе якіх прысутнічаюць яго атамы, гэта баксіт, корунд, криолит. Першы - гэта горная парода, якая складаецца з аксідаў жалеза, крэмнію і разгляданага металу, таксама ў структуры прысутнічаюць малекулы вады. Ён мае неаднастайная афарбоўку: фрагменты шэрага, чырванавата-карычневага і іншых кветак, якія залежаць ад наяўнасці розных прымешак. Ад трыццаці да шасцідзесяці адсоткаў дадзенай пароды - алюміній, фота якога можна ўбачыць вышэй. Акрамя таго, вельмі распаўсюджаным у прыродзе мінералам з'яўляецца корунд.

Гэта аксід алюмінія. Яго хімічная формула - Al2O3. Ён можа валодаць чырвоным, жоўтым, блакітным альбо карычневым колерам. Яго цвёрдасць па шкале Мооса складае дзевяць адзінак. Да разнавіднасцяў корунд ставяцца ўсім вядомыя сапфіры і рубіны, лейкосапфиры, а таксама падпараджа (жоўты сапфір).

Криолит - гэта мінерал, які мае больш складаную хімічную формулу. Ён складаецца з фтарыдаў алюмінія і натрыю - AlF3 • 3NaF. Выглядае як бескаляровы або шараваты камень, які валодае нізкай цвёрдасцю - усяго тры па шкале Мооса. У сучасным свеце яго сінтэзуюць штучна ў лабараторных умовах. Ён ужываецца ў металургіі.

Таксама алюміній можна сустрэць у прыродзе ў складзе глін, асноўным кампанентаў якіх з'яўляюцца аксіды крэмнію і разгляданага металу, звязаныя з малекуламі вады. Акрамя таго, дадзены хімічны элемент можна назіраць у складзе нефелинов, хімічная формула якіх выглядае наступным чынам: KNa3 [AlSiO4] 4.

атрыманне

Характарыстыка алюмінія прадугледжвае разгляд спосабаў яго сінтэзу. Існуе некалькі метадаў. Вытворчасць алюмінія першым спосабам адбываецца ў тры этапы. Апошнім з іх з'яўляецца працэдура электролізу на катодзе і вугальным анодзе. Для правядзення падобнага працэсу неабходны аксід алюмінія, а таксама такія дапаможныя рэчывы, як криолит (формула - Na3AlF6) і фтарыд кальцыя (CaF2). Для таго каб адбыўся працэс разлажэння растворанага ў вадзе аксіду алюмінія, трэба яго разам з расплаўленым криолитом і кальцыя фтарыдаў нагрэць да тэмпературы мінімум у дзевяцьсот пяцьдзесят градусаў па шкале Цэльсія, а затым прапусціць скрозь гэтыя рэчывы ток сілай у восемдзесят тысяч ампер і напругай у пяць- восем вольт. Такім чынам, з прычыны гэтага працэсу на катодзе асядзе алюміній, а на анодзе будуць збірацца малекулы кіслароду, якія, у сваю чаргу, акісляюць анод і ператвараюць яго ў вуглякіслы газ. Перад правядзеннем дадзенай працэдуры баксіт, у выглядзе якога здабываецца алюмінія аксід, папярэдне чысціцца ад прымешак, а таксама праходзіць працэс яго абязводжвання.

Вытворчасць алюмінія спосабам, апісаным вышэй, з'яўляецца вельмі распаўсюджаным у металургіі. Таксама існуе метад, вынайдзены ў 1827 году Ф. Велером. Ён заключаецца ў тым, што алюміній можна здабыць з дапамогай хімічнай рэакцыі паміж яго хларыдам і каліем. Ажыццявіць падобны працэс можна, толькі стварыўшы спецыяльныя ўмовы ў выглядзе вельмі высокай тэмпературы і вакууму. Так, з аднаго моль хларыду і такога ж аб'ёму калія можна атрымаць адзін моль алюмінія і тры моль хларыду калія як пабочнага прадукту. Дадзеную рэакцыю можна запісаць у выглядзе такога ўраўненні: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Ўказаны метад не набыў вялікай папулярнасці ў металургіі.

Характарыстыка алюмінія з пункту гледжання хіміі

Як ужо было сказана вышэй, гэта простае рэчыва, якое складаецца з атамаў, ня аб'яднаных у малекулы. Падобныя структуры фармуюць амаль усе металы. Алюміній валодае досыць высокай хімічнай актыўнасцю і моцнымі аднаўленчымі ўласцівасцямі. Хімічная характарыстыка алюмінія пачнецца з апісання яго рэакцый з іншымі простымі рэчывамі, а далей будуць апісаны ўзаемадзеяння са складанымі неарганічнымі злучэннямі.

Алюміній і простыя рэчывы

Да такіх адносіцца, у першую чаргу, кісларод - самае распаўсюджанае злучэнне на планеце. З яго на дваццаць адзін працэнт складаецца атмасфера Зямлі. Рэакцыі дадзенага рэчыва з любымі іншымі называюцца акісленнем, або гарэннем. Яна звычайна адбываецца пры высокіх тэмпературах. Але ў выпадку з алюмініем магчыма акісленне ў нармальных умовах - так утворыцца плёнка аксіду. Калі ж дадзены метал здрабніць, ён будзе гарэць, вылучаючы пры гэтым вялікая колькасць энергіі ў выглядзе цяпла. Для правядзення рэакцыі паміж алюмініем і кіслародам патрэбныя гэтыя кампаненты ў молярное суадносінах 4: 3, у выніку чаго атрымаем дзве часткі аксіду.

Дадзенае хімічнае ўзаемадзеянне выяўляецца ў выглядзе наступнага раўнання: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Таксама магчымыя рэакцыі алюмінія з галагенавымі, да якіх ставяцца фтор, ёд, бром і хлор. Назвы дадзеных працэсаў адбываюцца ад назваў адпаведных галагенаў: фтараванне, йодирование, бромирование і хлараванне. Гэта тыповыя рэакцыі далучэння.

Для прыкладу прывядзем ўзаемадзеянне алюмінія з хлорам. Такога роду працэс можа адбыцца толькі на холадзе.

Так, узяўшы два моль алюмінія і тры моль хлору, атрымаем у выніку два моль хларыду разгляданага металу. Раўнанне гэтай рэакцыі выглядае наступным чынам: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Такім жа спосабам можна атрымаць фтарыд алюмінія, яго браміду і ёдыд.

З шэрай разгляданая рэчыва рэагуе толькі пры награванні. Для правядзення ўзаемадзеяння паміж гэтымі двума злучэннямі трэба ўзяць іх у малярных прапорцыях два да трох, і ўтворыцца адна частка сульфіду алюмінія. Раўнанне рэакцыі мае такі выгляд: 2Al + 3S = Al2S3.

Акрамя таго, пры высокіх тэмпературах алюміній ўзаемадзейнічае і з карбоном, утвараючы карбід, і з азотам, утвараючы нітрыд. Можна прывесці ў прыклад наступныя ўраўненні хімічных рэакцый: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Ўзаемадзеянне са складанымі рэчывамі

Да іх адносяцца вада, солі, кіслаты, падставы, аксіды. З усімі гэтымі хімічнымі злучэннямі алюміній рэагуе па-рознаму. Давайце разбярэм падрабязней кожны выпадак.

Рэакцыя з вадой

З самым распаўсюджаным на Зямлі складаным рэчывам алюміній ўзаемадзейнічае пры награванні. Адбываецца гэта толькі ў выпадку папярэдняга зняцця плёнкі з аксіду. У выніку ўзаемадзеяння утворыцца амфатэрнасць гідраксід, а таксама ў паветра вылучаецца вадарод. Узяўшы дзве часткі алюмінія і шэсць частак вады, атрымаем гідраксід і вадарод у малярных прапорцыях два да трох. Запісваецца раўнанне гэтай рэакцыі так: 2АІ + 6Н2О = 2АІ (ЁН) 3 + 3Н2.

Узаемадзеянне з кіслотамі, асновамі і аксідамі

Як і іншыя актыўныя металы, алюміній здольны ўступаць у рэакцыю замяшчэння. Пры гэтым ён можа выцесніць вадарод з кіслаты альбо катыён больш пасіўнага металу з яго солі. У выніку такіх узаемадзеянняў утворыцца соль алюмінія, а таксама вылучаецца вадарод (у выпадку з кіслатой) альбо выпадае ў асадак чысты метал (той, які менш актыўны, чым разгляданы). У другім выпадку і праяўляюцца аднаўленчыя ўласцівасці, якія згадваліся вышэй. У прыклад можна прывесці ўзаемадзеянне алюмінія з салянай кіслатой, пры якім утвараецца хларыд алюмінія і вылучаецца ў паветра вадарод. Падобнага роду рэакцыя выяўляецца ў выглядзе наступнага раўнання: 2АІ + 6НСІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Прыкладам узаемадзеяння алюмінія з соллю можа служыць яго рэакцыя з сульфатам медзі. Узяўшы гэтыя два кампанента, у выніку мы атрымаем сульфат алюмінію і чыстую медзь, якая выпадзе ў выглядзе асадка. З такімі кіслотамі, як серная і азотная, алюміній рэагуе своеасабліва. Да прыкладу, пры даданні алюмінія ў разведзены раствор нітратнае кіслаты ў молярное суадносінах восем частак да трыццаці утворыцца восем частак нітрату разгляданага металу, тры часткі аксіду азоту і пятнаццаць - вады. Раўнанне дадзенай рэакцыі запісваюць такім чынам: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. Паказаны працэс адбываецца толькі пры наяўнасці высокай тэмпературы.

Калі ж змяшаць алюміній і слабы раствор сульфатнай кіслаты ў малярных прапорцыях два да трох, то атрымаем сульфат разгляданага металу і вадарод у суадносінах адзін да трох. Гэта значыць адбудзецца звычайная рэакцыя замяшчэння, як і ў выпадку з іншымі кіслотамі. Для нагляднасці прывядзем раўнанне: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. Аднак з канцэнтраваным растворам гэтай жа кіслаты усё больш складана. Тут гэтак жа, як і ў выпадку з нітратнае, утворыцца пабочны прадукт, але ўжо не ў выглядзе аксіду, а ў выглядзе серы, і вада. Калі мы возьмем два неабходных нам кампанента ў молярное суадносінах два да чатырох, то ў выніку атрымаем па адной частцы солі разгляданага металу і серы, а таксама чатыры - вады. Дадзенае хімічнае ўзаемадзеянне можна выказаць з дапамогай наступнага ўраўненні: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O. Акрамя таго, алюміній здольны рэагаваць з растворамі шчолачаў. Для правядзення падобнага хімічнага ўзаемадзеяння трэба ўзяць два моль разгляданага металу, столькі ж гідраксіду натрыю або калію, а таксама шэсць моль вады. У выніку ўтвараюцца такія рэчывы, як тетрагидроксоалюминат натрыю альбо калія, а таксама вадарод, які вылучаецца ў выглядзе газу з рэзкім пахам ў малярных прапорцыях два да трох. Дадзеную хімічную рэакцыю можна прадставіць у выглядзе наступнага раўнання: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К [АІ (ЁН) 4] + 3Н2.

І апошняе, што трэба разгледзець, гэта заканамернасці ўзаемадзеяння алюмінія з некаторымі аксідамі. Самы распаўсюджаны і выкарыстоўваецца выпадак - рэакцыя Бекетава. Яна, гэтак жа, як і многія іншыя з разгледжаных вышэй, адбываецца толькі пры высокіх тэмпературах. Такім чынам, для яе ажыццяўлення неабходна ўзяць два моль алюмінія і адзін моль аксіду феррум. У выніку ўзаемадзеяння гэтых двух рэчываў атрымаем аксід алюмінія і свабоднае жалеза ў колькасці адзін і два моль адпаведна.

Выкарыстанне разгляданага металу ў прамысловасці

Адзначым, што ўжыванне алюмінія - вельмі частая з'ява. Перш за ўсё, у ім патрэбу авіяцыйная галіна. Нароўні са сплавамі магнію, тут выкарыстоўваюцца і сплавы на аснове разгляданага металу. Можна сказаць, што сярэднестатыстычны самалёт на 50% складаецца з сплаваў алюмінія, а яго рухавік - на 25%. Таксама прымяненне алюмінія ажыццяўляецца ў працэсе вырабу правадоў і кабеляў дзякуючы яго выдатнай электраправоднасці. Акрамя таго, дадзены метал і яго сплавы шырока прымяняюцца ў аўтамабілебудаванні. З гэтых матэрыялаў складаюцца карпусы аўтамабіляў, аўтобусаў, тралейбусаў, некаторых трамваяў, а таксама вагонаў звычайных і электрацягнікоў. Таксама яго выкарыстоўваюць і ў менш маштабных мэтах, напрыклад, для вытворчасці упаковак для харчовых і іншых прадуктаў, посуду. Для таго каб вырабіць серабрыстую фарбу, неабходны парашок разгляданага металу. Такая фарба патрэбна для таго, каб абараніць жалеза ад карозіі. Можна сказаць, што алюміній - другі па частаце выкарыстання ў прамысловасці метал пасля феррум. Яго злучэння і ён сам часта прымяняюцца ў хімічнай прамысловасці. Гэта тлумачыцца адмысловымі хімічнымі якасцямі алюмінія, у тым ліку яго аднаўленчымі ўласцівасцямі і амфатэрнасць яго злучэнняў. Гідраксід разгляданага хімічнага элемента неабходны для ачысткі вады. Акрамя таго, ён выкарыстоўваецца ў медыцыне ў працэсе вытворчасці вакцын. Таксама яго можна знайсці ў складзе некаторых відаў пластыка і іншых матэрыялаў.

Ролю ў прыродзе

Як ужо было напісана вышэй, алюміній ў вялікай колькасці ўтрымліваецца ў зямной кары. Ён асабліва важны для жывых арганізмаў. Алюміній удзельнічае ў рэгуляцыі працэсаў росту, фармуе злучальныя тканіны, такія, як касцёва, звязкава і іншыя. Дзякуючы гэтаму мікраэлементаў хутчэй ажыццяўляюцца працэсы рэгенерацыі тканін арганізма. Яго недахоп характарызуецца наступнымі сімптомамі: парушэнні развіцця і росту ў дзяцей, у дарослых - хранічная стомленасць, паніжаная працаздольнасць, парушэнне каардынацыі рухаў, зніжэнне тэмпаў рэгенерацыі тканін, ослабевание цягліц, асабліва ў канечнасцях. Такая з'ява можа ўзнікнуць, калі вы ўжываеце занадта мала прадуктаў з утрыманнем дадзенага мікраэлемента.

Аднак больш частай праблемай з'яўляецца лішак алюмінія ў арганізме. Пры гэтым нярэдка назіраюцца такія сімптомы: нервовасць, дэпрэсія, парушэнні сну, зніжэнне памяці, стрэсаўстойлівасці, размякчэнне апорна-рухальнага апарата, што можа прывесці да частых пераломаў і расцяжэння. Пры працяглым лішку алюмінія ў арганізме часта ўзнікаюць праблемы ў працы практычна кожнай сістэмы органаў.

Да такой з'явы можа прывесці цэлы шэраг прычын. У першую чаргу гэта алюмініевая посуд. Навукоўцамі ўжо даўно даказана, што посуд, выраблены з разгляданага металу, непрыдатная для падрыхтоўкі ў ёй ежы, бо пры высокай тэмпературы частка алюмінія трапляе ў ежу, і з прычыны гэтага вы ўжываеце нашмат больш гэтага мікраэлемента, чым патрэбна арганізму.

Другая прычына - рэгулярнае ўжыванне касметычных сродкаў з утрыманнем разгляданага металу або яго соляў. Перад ужываннем любога прадукту трэба ўважліва чытаць яго склад. Не выключэннем з'яўляюцца і касметычныя сродкі.

Трэцяя прычына - прыём прэпаратаў, у якіх змяшчаецца шмат алюмінія, на працягу доўгага часу. А таксама няправільнае ўжыванне вітамінаў і харчовых дабавак, у склад якіх уваходзіць дадзены мікраэлемент.

Зараз давайце разбярэмся, у якіх прадуктах змяшчаецца алюміній, каб рэгуляваць свой рацыён і арганізоўваць меню правільна. У першую чаргу гэта моркву, плаўленыя сыры, пшаніца, галын, бульба. З садавіны рэкамендуюцца авакада і персікі. Акрамя таго, багатыя алюмініем белакачанная капуста, рыс, многія лячэбныя травы. Таксама катыёны разгляданага металу могуць утрымлівацца ў пітной вадзе. Каб пазбегнуць павышанага ці паніжанага ўтрымання алюмінія ў арганізме (зрэшты, гэтак жа, як і любога іншага мікраэлемента), трэба дбайным чынам сачыць за сваім харчаваннем і імкнуцца зрабіць яго як мага больш збалансаваным.